DE102004063702B4 - A method of manufacturing a semiconductor device having an HfNx layer on a Hf-containing layer - Google Patents

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Abstract

Verfahren für die Herstellung eines Halbleiter-Bauelements, das folgende Schritte umfasst:
Ausbilden mindestens einer Schutzisolierschicht (23, 24) auf einer Cu-Leitung (22) in einem Substrat (21),
Ausbilden eines Kontaktloches in der mindestens einen Schutzisolierschicht (23, 24), um einen Abschnitt der Cu-Leitung (22) freizulegen,
Ausbilden einer Hf-haltigen Schicht (26) in dem Kontaktloch, um den freigelegten Abschnitt der Cu-Leitung (22) abzudecken, und
Ausbilden einer leitenden Schicht (28, 31) über dem Substrat einschließlich der Hf-haltigen Schicht (26), wobei der Schritt des Ausbildens einer leitenden Schicht (28, 31) das Ausbilden einer HfNx-Schicht (30) auf der Hf-haltigen Schicht (26) durch Glühen der Hf-haltigen Schicht (26) umfasst.Method for the production of a semiconductor device, comprising the following steps:
Forming at least one protective insulating layer (23, 24) on a Cu line (22) in a substrate (21),
Forming a contact hole in the at least one protective insulating layer (23, 24) to expose a portion of the Cu line (22),
Forming an Hf-containing layer (26) in the contact hole to cover the exposed portion of the Cu line (22), and
Forming a conductive layer (28, 31) over the substrate including the Hf-containing layer (26), the step of forming a conductive layer (28, 31) forming an HfN x layer (30) on the Hf-containing one Layer (26) by annealing the Hf-containing layer (26).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART

ErfindungsgebietTHE iNVENTION field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines Halbleiter-Bauelements, durch das eine Cu-Leitung mit einer Cu/Hf-Grenzfläche und hervorragenden Eigenschaften ausgebildet werden kann, indem man Hf (Hafnium), einen leistungsfähigen Sauerstofffänger, dazu benutzt, an der Cu-Leitung anhaftenden Sauerstoff (in Form einer Cu-Oxidschicht) zu entfernen.The The present invention relates to a method for the production of a semiconductor device, by a Cu line with a Cu / Hf interface and excellent properties can be formed by adding Hf (hafnium), a powerful oxygen scavenger, to it used, on the Cu-line adhering oxygen (in the form of a Cu-oxide layer) to remove.

Erläuterung der verwandten TechnikExplanation of the related art

Cu ist allgemein ein beliebtes Material beim Verbinden von Metallleitungen. Eine obere Schicht (d.h. ein Verdrahtungsabschnitt zwischen einem Verbindungs-Pad und einem Gehäuse bei der Kapselung) setzt dennoch unverändert Al ein. Da eine Cu-Oberfläche stark oxidiert, kann Sauerstoff durch die oxidierte Cu-Oberfläche in eine tiefer liegende Metallschicht diffundieren und eine Korrosion des in der tiefer liegenden Schicht enthaltenen Cu auslösen. Darüber hinaus ist allgemein bekannt, dass ein Al-Pad für die Verdrahtung bei der Kapselung vorteilhaft ist.Cu is generally a popular material when joining metal lines. An upper layer (i.e., a wiring portion between a Connection pad and a housing in encapsulation) Al still sets in unchanged. Because a Cu surface is strong oxidized, oxygen can pass through the oxidized Cu surface into a deeper metal layer diffuse and corrosion of the in the deeper layer Cu cause. Furthermore It is well known that an Al pad is used for wiring during encapsulation is advantageous.

1 ist eine Querschnittsdarstellung einer konventionellen Cu-Verdrahtung. In 1 ist eine Cu-Leitung 11 in eine erste Isolierschicht 12 eingebettet. 1 is a cross-sectional view of a conventional Cu wiring. In 1 is a Cu line 11 in a first insulating layer 12 embedded.

Auf der ersten Isolierschicht 12 ist eine zweite Isolierschicht 13 aus Oxid, Nitrid oder Polymer ausgebildet. Auf der Cu-Leitung 11 sind der Reihe nach eine Barriereschicht 14 und eine Al-Schicht 15 übereinander angeordnet. In diesem Fall erfolgt an der Cu-Leitung 11 eine Vorreinigung mittels HF-Ätzen oder eine nasschemische Reinigung, um eine Cu-Oxidschicht von einer Oberfläche der Cu-Leitung 11 zu entfernen.On the first insulating layer 12 is a second insulating layer 13 formed of oxide, nitride or polymer. On the Cu line 11 are in turn a barrier layer 14 and an Al layer 15 arranged one above the other. In this case takes place on the Cu line 11 a pre-cleaning by means of HF etching or a wet-chemical cleaning to a Cu oxide layer from a surface of the Cu line 11 to remove.

Der konventionelle Metallverdrahtungsprozess entfernt jedoch manchmal das Oxid auf der Cu-Oberfläche nicht oder überätzt manchmal die Cu-Leitung und verursacht eine Beschädigung der Cu-Leitung in der tiefer, liegenden Schicht.Of the However, conventional metal wiring process sometimes removes the oxide on the Cu surface not or sometimes over-etched the Cu line and causes damage to the Cu line in the deep, lying layer.

Aus der US Offenlegungsschrift US 2003/0216029 A1 ist eine Metallverbindungsstruktur für Halbleiter bekannt, welche eine Kupferlegierungsschicht zur Verbindung von Kontaktlöchern umfasst. Diese Kupferlegierungsschicht kann Hafnium als Legierungselement umfassen.From the US Publication US 2003/0216029 A1 For example, a metal interconnect structure for semiconductors comprising a copper alloy layer for connecting contact holes is known. This copper alloy layer may include hafnium as an alloying element.

Die US Patentschrift 6,007,7822 A offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Strukturen von Titan und Aluminium, wobei ein Vor-Sputter-Ätzen zur Entfernung einer Oxidationsschicht auf einer Metall- oder Barriereschicht und auf anderen Kontaktlöchern bzw. Kontaktätzrückständen ausgeführt wird.The US Pat. No. 6,007,72822 A discloses a method of improving the structures of titanium and aluminum, wherein pre-sputter etching is performed to remove an oxidation layer on a metal or barrier layer and on other contact etch residues.

Die US Patentschrift 5,824,597 A offenbart einen Kontaktlochstecker, welcher aus Wolfram oder Aluminium ausgebildet ist. Vor Ausbilden des Kontaktlochsteckers wird eine TiN/Ti-Schicht als Barrierematerial auf einem Kontaktloch ausgebildet. Oberhalb des Kontaktlochsteckers kann eine aus Aluminium bestehende leitfähige Schicht ausgebildet sein.The US Pat. No. 5,824,597 A discloses a via plug made of tungsten or aluminum. Before forming the contact hole plug, a TiN / Ti layer is formed as a barrier material on a contact hole. Above the contact hole plug may be formed of aluminum existing conductive layer.

Die US Patentschrift 5,714,418 A offenbart eine elektrische Verbindungsstruktur mit einer Diffusionsbarriere über einem Halbleitersubstrat. Die Diffusionsschicht umfasst eine Auffangschicht unterhalb einer Blockierschicht. Die Blockierschicht kann HfN und die Auffangsschicht kann Hf enthalten.The US Pat. No. 5,714,418 A discloses an electrical connection structure having a diffusion barrier over a semiconductor substrate. The diffusion layer comprises a trap layer below a blocking layer. The blocking layer may be HfN and the collecting layer may contain Hf.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Herstellung eines Halbleiter-Bauelements, das im Wesentlichen ein oder mehrere auf Einschränkungen und Nachteile der verwandten Technik zurückzuführende Probleme vermeidet.Accordingly The present invention relates to a process for the preparation a semiconductor device that is essentially one or more on restrictions and disadvantages of the related art avoids problems.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung eines Halbleiter-Bauelements bereitzustellen, durch das Oxid auf einer Cu-Oberfläche nach dem Kontaktloch-Ätzen unter Verwendung von Hf (Hafnium) als Barrierematerial thermodynamisch entfernt (z.B. gefangen) werden kann.It It is an object of the present invention to provide a process for the preparation a semiconductor device to be provided by the oxide on a Cu surface after contact hole etching Use of Hf (hafnium) as a barrier material thermodynamically can be removed (e.g., caught).

Zusätzliche Vorteile, Ziele und Merkmale der Erfindung werden teilweise in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt, und teilweise werden sie sich Fachleuten bei Betrachtung des nachfolgenden Textes oder durch das Praktizieren der Erfindung erschließen. Die Ziele und andere Vorteile der Erfindung lassen sich durch den Aufbau umsetzen und erreichen, der in der schriftlichen Beschreibung und den Ansprüchen davon sowie in den beigefügten Zeichnungen speziell dargelegt wird.additional Advantages, objects and features of the invention are set forth in part in the The following description will set out and in part will become apparent to those skilled in the art looking at the following text or practicing to open the invention. The objectives and other advantages of the invention can be achieved by the Implement and achieve the structure in the written description and the claims and in the attached drawings specifically set out.

Um diese Ziele und andere Vorteile zu erreichen, und gemäß dem hier zum Ausdruck gebrachten und allgemein beschriebenen Zweck der Erfindung enthält ein Verfahren für die Herstellung eines Halbleiter-Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung folgende Schritte: Ausbilden mindestens einer Schutzisolierschicht auf einer Cu-Leitung in einem Substrat, Ausbilden eines Kontaktloches in der mindestens einen Schutzisolierschicht, um einen Abschnitt der Cu-Leitung freizulegen, Ausbilden einer Hf-Schicht in dem Kontaktloch, um den freigelegten Abschnitt der eingebetteten Cu-Leitung abzudecken, und Ausbilden einer leitenden Schicht auf dem Substrat einschließlich der Hf-Schicht.In order to attain these objects and other advantages, and in accordance with the purpose of the invention as expressed and broadly described herein, a method of fabricating a semiconductor device according to the present invention includes the steps of forming at least one protective insulating layer on a Cu line in one Substrate, forming a contact hole in the at least one protective insulating layer to expose a portion of the Cu line, forming a Hf layer in the contact hole to cover the exposed portion of the buried Cu line; and forming a conductive layer on the substrate including the Hf layer.

Die Hf-Schicht ist vorzugsweise 5–50 nm dick.The Hf layer is preferably 5-50 nm thick.

Die Hf-Schicht wird vorzugsweise durch IPVD (Ionized Physical Vapor Deposition) ausgebildet.The Hf layer is preferably by IPVD (Ionized Physical Vapor Deposition) trained.

Das Verfahren enthält vorzugsweise weiterhin den Schritt des Durchführens einer Vorreinigung mittels HF-Ätzen unter Verwendung von Ar+-Ionen, bevor die Hf-Schicht ausgebildet wird. Die Vorreinigung mittels HF-Ätzen entfernt besonders bevorzugt etwa 1–10nm der mindestens einen Schutzisolierschicht.The method preferably further includes the step of performing a pre-cleaning by means of RF etching using Ar + ions before the Hf layer is formed. The pre-cleaning by means of HF etching particularly preferably removes about 1-10 nm of the at least one protective insulating layer.

Vorzugsweise wird eine auf dem freigelegten Abschnitt der Cu-Leitung ausgebildete Oxidschicht durch die Hf-Schicht reduziert.Preferably is formed on the exposed portion of the Cu line Oxide layer reduced by the Hf layer.

Die leitende Schicht auf der Hf-haltigen Schicht ist vorzugsweise Al-haltig.The conductive layer on the Hf-containing layer is preferably Al-containing.

Der Schritt des Ausbildens der leitenden Schicht enthält vorzugsweise folgende Schritte: Ausbilden einer HfNx-Schicht auf der Hf-Schicht, Ausbilden eines Wolfram-Stiftes auf der Hf-Schicht im Kontaktloch und Abscheiden von Al über dem Substrat einschließlich des Wolfram-Stiftes. Die HfNx-Schicht wird besonders bevorzugt durch schnelles thermisches Glühen oder Ofenglühen ausgebildet.The step of forming the conductive layer comprises preferably the steps of: forming a HfN x layer on the Hf layer, forming a tungsten pin on the Hf layer in the contact hole and depositing Al on the substrate including the tungsten pin. The HfN x layer is particularly preferably formed by rapid thermal annealing or furnace annealing.

Der Schritt der Ausbildung der leitenden Schicht umfasst vorzugsweise folgende Schritte: Abscheiden eines aus der aus TiN, Ta und TaN bestehenden Gruppe ausgewählten Elements und Ausbilden eines Wolfram-Stiftes auf dem abgeschiedenen Element.Of the Step of forming the conductive layer preferably comprises following steps: depositing one of TiN, Ta and TaN existing group selected Elements and forming a tungsten pin on the deposited element.

Selbstverständlich besitzen sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung beispielhaften und erläuternden Charakter und sollen eine weitere Erläuterung der beanspruchten Erfindung bereitstellen.Of course own both the foregoing general description and the following detailed Description of the present invention by way of example and illustrative and should have another explanation of the claimed invention.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die beiliegenden Zeichnungen, die für ein weitergehendes Verstehen der Erfindung sorgen sollen und in diese Anmeldung eingearbeitet sind und einen Bestandteil davon darstellen, veranschaulichen Ausführungsbeispiel(e) für die Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung des Prinzips der Erfindung. Es zeigen: The enclosed drawings, which are for to provide a further understanding of the invention and in this application are incorporated and constitute a part thereof, illustrate embodiment (e) for the Invention and together with the description of the explanation the principle of the invention. Show it:

1 eine Querschnittsdarstellung einer konventionellen Cu-Verdrahtung und 1 a cross-sectional view of a conventional Cu wiring and

die 2A bis 2D Querschnittsdarstellungen für die Erläuterung eines Verfahrens für die Herstellung eines Halbleiter-Bauelements.the 2A to 2D Cross-sectional views for explaining a method for the production of a semiconductor device.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Es wird nun ausführlich auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, Beispiele dafür sind in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht. Soweit dies möglich ist, werden für die gleichen oder ähnliche Teile in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszahlen verwendet.It will now be detailed to the preferred embodiments refer to the present invention, examples are given in illustrated in the accompanying drawings. As far as possible, be for the same or similar Parts in all drawings use the same reference numbers.

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Metallisierungsstruktur und ein Verfahren für das Ausbilden einer Metallleitung auf einer Cu-Verdrahtung und insbesondere ein Verfahren für das Entfernen einer CuOx-Schicht (z.B. eines natürlichen Oxids), die sich am Boden eines Kontaktloches auf einer Cu-Leitung ausbildet, ohne HF-Ätzen oder anderweitiges Vorreinigen des Kontaktloches.The present invention first relates to a metallization and a method for forming a metal line on a Cu wiring, and more particularly to a method for the removal of a CuO x layer (for example, a native oxide) located at the bottom of a contact hole on a Cu line forms, without HF etching or otherwise pre-cleaning the contact hole.

Und zwar betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Abscheiden einer Auskleidung in einem Kontaktloch, wodurch sich ein guter Kontaktlochwiderstand sicherstellen lässt, indem CuOx reduziert, eine umfangreiche Ausbildung von Oxiden in der Auskleidung (z.B. Hf) vermieden und eine leitende (z.B. Metall-) Grenzfläche mit darunter liegendem Cu ausgebildet wird, indem man Hf (Hafnium) in dem Kontaktloch und auf einer freiliegenden Cu-Oberfläche abscheidet, statt den konventionellen Vorreinigungsprozess mittels HF-Ätzen zu verwenden.Namely, the present invention relates to a method of depositing a liner in a contact hole, which can ensure good contact hole resistance by reducing CuO x , avoiding extensive formation of oxides in the liner (eg, Hf), and forming a conductive (eg, metal) Forming interface with underlying Cu by precipitating Hf (hafnium) in the contact hole and on an exposed Cu surface, instead of using the conventional pre-cleaning process by means of RF etching.

Die vorliegende Erfindung ist indessen durch die Verwendung einer Hf-haltigen Schicht als Verbindungs- und/oder Barriereschicht gekennzeichnet. Hf, bei dem es sich um ein Metall von hervorragender Reaktivität mit Sauerstoff handelt, reduziert eine CuOx-Schicht, die nach der Beendigung einer Kontaktloch-Ätzung ohne den Einsatz der konventionellen Vorreinigung mittels HF-Ätzen am Boden eines Kontaktloches vorhanden sein kann, und stellt dadurch eine saubere und/oder leitende Grenzfläche zu einer Cu-Oberfläche bereit, wodurch ein guter Cu/Al-Grenzflächenwiderstand sichergestellt wird.However, the present invention is characterized by the use of a Hf-containing layer as a bonding and / or barrier layer. Hf, which is a metal of excellent reactivity with oxygen, reducing a CuO x layer, which may be present after the termination of a contact hole-etching without the use of the conventional pre-purification by means of HF etching at the bottom of a contact hole, and thereby provides a clean and / or conductive interface to a Cu surface, thereby ensuring good Cu / Al interface resistance.

Für die thermodynamische Reduzierung von CuOx durch Hf beträgt die Gibbssche Energie von HfO2 –352 kJ/mol bei 298 K, und die Gibbssche Energie von CuO beträgt etwa –297 kJ/mol bei 298 K. Daher wird Sauerstoff des natürlichen CuOx in der Hf-Schicht auf der CuOx-Schicht aufgefangen, wodurch das Cu mit einer sauberen Oberfläche versehen werden kann. Wenn Hf abgeschieden wird, wird CuOx an der Grenzfläche zwischen dem Boden des Kontaktloches und der tiefer liegenden Cu-Leitung effektiv entfernt, damit ein niedriger Kontaktlochwiderstand sichergestellt werden kann, während sich ein Kontaktloch-Ätzprofil unversehrt erhalten lässt, d.h. ohne Kontaktlochdeformation oder Vergrößerung der kritischen Abmessungen, die sich ergeben können, wenn zum Entfernen von Cu-Oxiden eine Vorreinigung mittels HF-Ätzen verwendet wird. Selbst wenn die Hf-Schicht im Bodenbereich dünner als etwa 5 nm ist, kann sie dessen ausreichenden Widerstand noch sicherstellen.For the thermodynamic reduction of CuO x by Hf, the Gibbs energy of HfO 2 is -352 kJ / mol at 298 K, and the Gibbs energy of CuO is about -297 kJ / mol at 298 K. Therefore, oxygen of the natural CuO x in of the Hf layer on the CuO x layer, whereby the Cu can be provided with a clean surface. When Hf is deposited, CuO x is effectively removed at the interface between the bottom of the contact hole and the underlying Cu line to allow a low contact hole to be deposited can be ensured, while maintaining a contact hole etch profile intact, ie, without contact hole deformation or increase in the critical dimensions, which can result when a pre-cleaning by means of HF etching is used to remove Cu oxides. Even if the Hf layer in the bottom region is thinner than about 5 nm, it can still ensure its sufficient resistance.

Die 2A bis 2D sind Querschnittsdarstellungen für die Erläuterung eines Verfahrens für die Herstellung eines Halbleiter-Bauelements. In 2A wird mittels konventioneller Abscheidung, Photolithographie, Ätzung, Abscheidung und Planarisierung verschiedener Materialien auf einem Halbleitersubstrat 21 eine tiefer liegende Leitung 22 aus Cu, eine erste Isolierschicht 23 und eine zweite Isolierschicht 24 strukturiert, um ein Kontaktloch auszubilden, das durch die Leitung 22 mit einem (nicht gezeigten) Pad verbunden ist. Vor dem Ausbilden eines Kontaktlochstiftes ist jedoch ein Schritt des Entfernens von auf einem Boden des Kontaktloches gebildetem CuOx 25 notwendig.The 2A to 2D FIG. 12 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device. FIG. In 2A is by conventional deposition, photolithography, etching, deposition and planarization of various materials on a semiconductor substrate 21 a deeper line 22 made of Cu, a first insulating layer 23 and a second insulating layer 24 structured to form a contact hole through the conduit 22 connected to a pad (not shown). However, prior to forming a via pin, there is a step of removing CuO x formed on a bottom of the contact hole 25 necessary.

In 2B wird statt des Einsatzes konventioneller Nass- oder Trockenvorreinigung eine Hf-haltige Schicht 26 für das Reduzieren von Cu in der Cu-Oxidschicht mittels PVD (Physical Vapor Deposition) oder Sputtern von einem Hf-Target oder CVD (Chemical Vapor Deposition) 5–50 nm dick auf dem in 2A gezeigten Aufbau abgeschieden. In diesem Fall reduziert die abgeschiedene Hf-Schicht 26, deren Oxid thermodynamisch stabiler ist als die natürliche CuOx-Schicht, CuO zu Cu, und der aufgefangene oder entfernte Sauerstoff löst sich in der Hf-Schicht (statt eine Hf-Oxidschicht zu bilden) und diffundiert durch die Hf-Schicht, wodurch eine Cu/Hf-Grenzfläche 27 einen guten Kontaktlochwiderstand bereitstellen kann. Die Auskleidungsschicht 26 enthält jedoch im allgemeinen Hf und einen geringen Prozentsatz gelösten Sauerstoff, folglich kann man sie als "Hf-haltige" Schicht bezeichnen, da sie auch andere Materialien enthalten kann (dazu gehören beispielsweise Stickstoff und/oder andere Metalle mit ähnlichen Eigenschaften wie Hf).In 2 B Instead of using conventional wet or dry pre-cleaning, a Hf-containing layer is used 26 for reducing Cu in the Cu oxide layer by PVD (Physical Vapor Deposition) or sputtering from an Hf target or CVD (Chemical Vapor Deposition) 5-50 nm thick on the in 2A deposited structure deposited. In this case, the deposited Hf layer reduces 26 , whose oxide is thermodynamically more stable than the natural CuO x layer, CuO to Cu, and the trapped or removed oxygen dissolves in the Hf layer (instead of forming a Hf oxide layer) and diffuses through the Hf layer, creating a Cu / Hf-interface 27 can provide a good contact hole resistance. The lining layer 26 however, generally contains Hf and a small percentage of dissolved oxygen, hence it may be referred to as a "Hf-containing" layer, as it may also contain other materials (including, for example, nitrogen and / or other metals having properties similar to Hf).

In 2C kann eine Al- oder Cu-Schicht 28 zum Ausbilden einer Metallleitung 28 direkt auf der Hf-haltigen Schicht abgeschieden werden. Wie nachfolgend erläutert wird, kann die Al- oder Cu-Schicht 28 weiterhin eine darunter liegende konventionelle Diffusionsbarriereschicht zwischen sich und der abgeschiedenen Hf-haltigen Schicht 26 enthalten.In 2C can be an Al or Cu layer 28 for forming a metal line 28 be deposited directly on the Hf-containing layer. As will be explained below, the Al or Cu layer 28 an underlying conventional diffusion barrier layer between itself and the deposited Hf-containing layer 26 contain.

In 2D werden beim Ausbilden eines Wolfram-Stiftes (W) 29 in dem Kontaktloch Hf/HfNx vorzugsweise als Verbindungs- bzw. Barriereschicht ausgebildet, indem die Hf-Schicht 26 in einer Stickstoffumgebung (z.B. N2) schnell thermisch geglüht oder ofengeglüht wird, damit eine Oberfläche der Hf-Schicht in eine HfNx-Schicht 30 umgewandelt wird. Die HfNx-Schicht 30 besteht im Wesentlichen aus HfN und/oder Hf3N4. Danach wird ein Wolfram-Stift 29 in dem Kontaktloch ausgebildet. Wenn die durch Glühen ausgebildete HfNx-Schicht eine Rolle als Diffusionsbarriereschicht spielt, wird der Wolfram-Stift 29 durch CVD auf der HfNx-Schicht ausgebildet. Dann wird eine Al-Schicht 31 über dem Substrat einschließlich des Wolfram-Stiftes 29 ausgebildet, um die Metallverdrahtung fertigzustellen. Alternativ dazu können der Wolfram-Stift 29 und die Al-Schicht 31 durch konventionelle (Damascene- oder Dual-Damascene-)Kupfermetallisierung ersetzt werden.In 2D become when forming a tungsten pin (W) 29 in the contact hole Hf / HfN x preferably as a connecting or barrier layer formed by the Hf layer 26 in a nitrogen ambient (eg N 2 ) is rapidly thermally annealed or furnace annealed, so that a surface of the Hf layer in a HfN x layer 30 is converted. The HfN x layer 30 consists essentially of HfN and / or Hf 3 N 4 . After that, a tungsten pencil 29 formed in the contact hole. When formed by annealing HfN x layer plays a role as a diffusion barrier layer, the tungsten pin is 29 formed by CVD on the HfN x layer. Then an Al layer 31 over the substrate including the tungsten pin 29 designed to complete the metal wiring. Alternatively, the tungsten pin 29 and the Al layer 31 be replaced by conventional (damascene or dual damascene) copper metallization.

Die Hf- oder HfN-Schicht kann mittels IPVD ausgebildet werden, bei der Hf für die Abscheidung auf der Cu-Oxidschicht mittels PVD ionisiert wird (wobei die Ausbildung von HfNx die IPVD von Hf in einer Stickstoffumgebung umfassen kann). Dadurch wird die Beschleunigung und das einfache Betriebsverhalten des ionisierten Hf im Vergleich zum gewöhnlichen PVD oder Sputtern verbessert, so dass sich die Reduzierung der Cu-Oxidschicht durch physikalische Einwirkung oder dergleichen beim Abscheiden der Hf-Schicht auf der Cu-Oxidschicht erreichen (oder aktivieren) lässt.The Hf or HfN layer may be formed by IPVD in which Hf is ionized by PVD for deposition on the Cu oxide layer (where the formation of HfN x may include the IPVD of Hf in a nitrogen ambient). Thereby, the acceleration and the simple performance of the ionized Hf are improved as compared with the ordinary PVD or sputtering, so that the reduction of the Cu oxide layer by physical action or the like can be achieved (or activated) in depositing the Hf layer on the Cu oxide layer. leaves.

Alternativ dazu kann die Hf- oder HfNx-Schicht nach der Beendigung der Vorreinigung mittels HF-Ätzen ausgebildet oder abgeschieden werden. Dadurch kann Hf nach einer Minimierung der HF-Ätzdauer abgeschieden und die durch A+-Ionen während des HF-Ätzens verursachte Deformierung des Kontaktlochprofils minimiert werden. Und zwar kann die Reduktionseigenschaft der Hf-Schicht verbessert sein, nachdem das Cu-Oxid durch die Ar+-Ionen aktiviert worden ist. Bei der Durchführung der HF-Ätzung wird die zu entfernende Dicke auf 1–10nm in Bezug auf ein thermisches Siliziumoxid (SiOx) der ersten oder der zweiten Isolierschicht eingestellt. Daher kann eine minimale physische Bombardierung der Cu-Oxidschicht während der Vorreinigung mittels HF-Ätzen ausreichend sein, um deren Reduzierung durch die Hf-Schicht zu aktivieren sowie die Deformierung des Kontaktlochprofils zu minimieren.Alternatively, the Hf or HfN x layer may be formed or deposited after completion of the pre-cleaning by means of RF etching. This allows Hf to be deposited after minimizing the RF etch time and minimizing the deformation of the via profile caused by A + ions during RF etching. Namely, the reduction property of the Hf layer can be improved after the Cu oxide is activated by the Ar + ions. In performing the RF etching, the thickness to be removed is set to 1-10nm with respect to a thermal silicon oxide (SiO x ) of the first or second insulating layer. Therefore, minimal physical bombardment of the Cu oxide layer during pre-cleaning by means of RF etching may be sufficient to activate its reduction by the Hf layer as well as minimizing the deformation of the via profile.

Dementsprechend entfernt die vorliegende Erfindung Cu-Oxid vor der Ausbildung des Kontaktlochstiftes unter Verwendung von Hf-Abscheidung statt Vorreinigung mittels Ätzen, wodurch (1) eine Vergrößerung der kritischen Abmessung (CD = Critical Dimension) des Kontaktloches durch die Vorreinigung mittels Trockenätzen und (2) ein Vordringen des Cu-Oxids entlang der Cu-Oberfläche verhindert oder minimiert wird. Die vorliegende Erfindung ermöglicht weiterhin die Beibehaltung der dem Entwurf entsprechenden kritischen Abmessung des Kontaktloches, sie verhindert, dass der Bodenbereich des Kontaktloches während einer Vorreinigung mittels Nassätzen durch die Reinigungslösung vergrößert wird und Sauerstoff oder Feuchtigkeit (aufgrund der Sauerstofffangeigenschaften der Hf-Schicht) durch den Pad zur Cu-Verdrahtung diffundiert.Accordingly, the present invention removes Cu oxide prior to the formation of the via pin using Hf deposition rather than prepurification by etching, thereby (1) increasing the contact dimension critical dimension (CD) by pre-cleaning by dry etching and (2) Preventing or minimizing penetration of the Cu oxide along the Cu surface. The present invention further enables the retention of the critical dimension of the contact hole corresponding to the design, it prevents the bottom portion of the contact hole Contact hole is enlarged by wet etching through the cleaning solution during pre-cleaning and oxygen or moisture (due to the oxygen-sensing properties of the Hf layer) diffuses through the pad to the Cu wiring.

Fachleuten wird klar sein, dass an der vorliegenden Erfindung verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können. Die vorliegende Erfindung soll daher die Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung mit abdecken, sofern sie in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.professionals It will be clear that different from the present invention Modifications and changes can be made. The present invention is therefore intended to cover the modifications and variations Covering this invention, provided they are within the scope of the attached Claims and their equivalents fall.

Claims (9)

Verfahren für die Herstellung eines Halbleiter-Bauelements, das folgende Schritte umfasst: Ausbilden mindestens einer Schutzisolierschicht (23, 24) auf einer Cu-Leitung (22) in einem Substrat (21), Ausbilden eines Kontaktloches in der mindestens einen Schutzisolierschicht (23, 24), um einen Abschnitt der Cu-Leitung (22) freizulegen, Ausbilden einer Hf-haltigen Schicht (26) in dem Kontaktloch, um den freigelegten Abschnitt der Cu-Leitung (22) abzudecken, und Ausbilden einer leitenden Schicht (28, 31) über dem Substrat einschließlich der Hf-haltigen Schicht (26), wobei der Schritt des Ausbildens einer leitenden Schicht (28, 31) das Ausbilden einer HfNx-Schicht (30) auf der Hf-haltigen Schicht (26) durch Glühen der Hf-haltigen Schicht (26) umfasst.Method for the production of a semiconductor device, comprising the following steps: forming at least one protective insulating layer ( 23 . 24 ) on a Cu line ( 22 ) in a substrate ( 21 ), Forming a contact hole in the at least one protective insulating layer ( 23 . 24 ) to a portion of the Cu line ( 22 ), forming an Hf-containing layer ( 26 ) in the contact hole to the exposed portion of the Cu line ( 22 ) and forming a conductive layer ( 28 . 31 ) over the substrate including the Hf-containing layer ( 26 ), wherein the step of forming a conductive layer ( 28 . 31 ) forming an HfN x layer ( 30 ) on the Hf-containing layer ( 26 ) by annealing the Hf-containing layer ( 26 ). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Hf-haltige Schicht (26) eine Dicke von 5 bis 50 nm aufweist.The method of claim 1, wherein the Hf-containing layer ( 26 ) has a thickness of 5 to 50 nm. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Ausbildens der Hf-haltigen Schicht (26) das Abscheiden von Hf oder einem Hf-Vorläufer durch IPVD umfasst.The method of claim 1, wherein the step of forming the Hf-containing layer ( 26 ) comprises the precipitation of Hf or an Hf precursor by IPVD. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Schritt des Durchführens einer Vorreinigung mittels HF-Ätzen unter Verwendung von Ar+-Ionen umfasst, bevor die Hf-haltige Schicht (26) ausgebildet wird.The method of claim 1, further comprising the step of performing a pre-cleaning by means of RF etching using Ar + ions before the Hf-containing layer ( 26 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Vorreinigung mittels HF-Ätzen 1 bis 10 nm der Dicke der mindestens einen Schutzisolierschicht (23, 24) entfernt.The method of claim 4, wherein the pre-cleaning by means of RF etching 1 to 10 nm of the thickness of the at least one protective insulating layer ( 23 . 24 ) away. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Oxidschicht (25) auf dem freiliegenden Abschnitt der eingebetteten Cu-Leitung (22) durch die Hf-haltige Schicht (26) reduziert wird.Method according to Claim 1, in which an oxide layer ( 25 ) on the exposed portion of the embedded Cu line ( 22 ) through the Hf-containing layer ( 26 ) is reduced. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die leitende Schicht (28,31) Al-haltig ist.Method according to claim 1, wherein the conductive layer ( 28 . 31 ) Al-containing. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Schritt der Ausbildung der leitenden Schicht (31) folgende Schritte umfasst: Ausbilden eines Wolfram-Stiftes (29) auf der HfNx-Schicht (30) im Kontaktloch und Abscheiden von Al über dem Substrat (21) einschließlich des Wolfram-Stifts (29).Method according to claim 1, wherein the step of forming the conductive layer ( 31 ) comprises the steps of: forming a tungsten pencil ( 29 ) on the HfN x layer ( 30 ) in the contact hole and depositing Al over the substrate ( 21 ) including the tungsten pin ( 29 ). Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt des Ausbildens der HfNx-Schicht (30) ein schnelles thermisches Glühen oder Ofenglühen umfasst.The method of claim 8, wherein the step of forming the HfN x layer ( 30 ) comprises a rapid thermal anneal or furnace anneal.
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